　　　本文是在LQ-18型锯链切削试验台的基础上，分析总结经验，并结合设计要求对增速部分进行设计。介绍试验台的研究意义以及作用。本文主要设计了一种木材刀具切削试验台增速机构可以更好的评定油锯、电链锯锯链的切削性能，即检测锯链的锋利性、进锯的轻便性、锯链运转的平稳性及锯切效率的高低。根据目前国内外现有的生产锯链品种规格多，适用于不同的油锯、电链锯，且工作时的锯链切削速度高低差异很大，切削功耗相差很大。为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，需能模拟锯链的工作状态，反映锯链实际的切削速度和切削效率，因此应具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，可保证大节距高效率的锯链性能测定。

关键词：　传感器????试验台????切削

1 绪论5

1.1 引言5

1.2 木材刀具切削试验台国内外研究概况5

1.2.1 国内研究概况5

1.2.2 国外研究概况6

1.3 本文设计工作要求7

2 增速机构的整体设计8

2.1 增速机构整体方案的设计8

2.2 电动机的类型选择8

2.3 增速机构输入和输出连接装置的选择9

3 增速机构的设计10

3.1带传动的设计11

3.1.1 带传动的优点11

3.1.2 带的选型11

3.1.3 试验台带轮的工作情况11

3.1.4 带的工作参数11

3.1.5 带的计算设计12

3.1.6 带的张紧15

3.2 齿轮级设计16

3.2.1 传动方式选择16

3.2.2 齿轮工作参数16

3.2.3 齿轮计算设计16

3.3 齿轮轴的设计计算23

3.3.1 低速轴的设计与计算23

3.3.2 高速轴的设计与计算25

3.4 轴的强度校核计算26

3.4.1 低速轴的校核计算26

3.5 齿轮增速箱的设计30

3.6 冷却润滑系统的设计30

3.6.1 冷却润滑系统的设计31

3.6.2 冷却润滑系统俯视图31

3.6.3 增速机构维护32

4 结论36

致谢37

参考文献38

附录40

1 绪论

1.1 引言

目前，能较全面科学地评定锯链切削木材时切削性能锯试验台，市场上仅浙江一家企业拥有，是由我校机电院教师自主设计完成的。该锯链切削性能试验台可测定锯链锯齿上切削力的三个方向分力，即主切削力、进给力和侧向力；进给机构的进给速度；驱动链轮轴的轴功率；锯链的锯切效率。通过该传感器测定三个相互垂直的切削力可用来衡量刀具的切削性能（如锯链、圆锯片等），也可反应木材或金属材料的品质。同时结合转矩转速测试系统，可测定锯链或圆锯片的切削功率和切削效率。根据八角环式测力传感器的基本原理，及锯链或圆锯片切削木材时所承受的最大阻力值，即可设计出合适的八角环传感器结构。而所谓的八角环八耳式三向测力传感器是在以上的基础上设计出的一款更加灵敏、更加准确的一种传感器。通过对八角环八耳式三向测力传感器各个方向的力的标定,分析研究贴片位置对被测方向灵敏度、非线性度的影响, 以及对非被测方向交叉灵敏度的影响。比较各个方案的贴片位置, 选出灵敏度最好，交叉灵敏度最小，同时非线性度

2.1 增速机构整体方案的设计

　　　为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，要能够模拟链锯的工作状态，反映锯链的实际切削速度和切削效率，因此要具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，以保证大节距高效率的链锯性能测定。

　　　根据设计要求,本次需设计的是一台能够满足切削速度在10~15000rpm范围内进行调节，并且链锯驱动功率达到18.5kw的增速机构。　　　YTP系列变频调速三相异步电动机是以变频调速装置为供电电源的变频调速三相异步电动机，与变频装置组成的系统能够实现无级调速，达到节能和控制自动化的目的。 YTP系列变频调速电动机是在公司原YSPA系列变频调速电动机基础上改进设计的更新换代产品。具有效率高、调速范围广、精度好、运行稳定、操作和维修方便等特点。适用于驱动轧钢、起重、运输、机床、印染、造纸、化工、纺织、制药等要求连续调速和频繁正反转的各种机械设备上，可与国内外各种变频装置配套使用。

　　　YTP系列变频调速三相异步电动机是一种交流、高效、节能调速电动机，与变频器配合使用，是机电一体化的调速新产品。

　　　A: YTP系列变频调速三相异步电动机优点。

　　　（1）效率高，节能效果明显。

　　　（2）调频范围广，能在5Hz~100Hz甚至更宽的范围内平滑无极调速。

　　　（3）噪音低、振动小。

　　　（4）起动力矩大，低频起动对负载冲击小。

　　　（5）结构简单，运行稳定（尤其在低频时）、使用可靠，维护方便。

　　　（6）体积小、重量轻，除风罩比Y系列异步电动机稍长外，其它外形及安装尺寸皆相同。便于安装。

　　　（7）起动电流小，无须附加起动设备。

　　　（8）单独装有轴流风机，在不同转速下均有较好的冷却效果。

　　　（9）应有范围广，可作恒转矩（50Hz以下）、恒功率（50Hz以上）或递减转矩负载机械无级调速之用，基本可以取代任何一种调速产品。

2.3 增速机构输入和输出连接装置的选择

　　　增速传动的方式非常多，常用的有齿轮传动和带传动。

　　　齿轮传动有高效率、工作可靠、结构紧凑、传动比稳定、寿命长等优点，但齿轮传动的制造安装的精度要求高，且价格贵，不宜用于传动距离太大的场合，所以可采用由变频电动机经皮带传动送至齿轮箱后实现增速，增速后实现转速从10~15000r/min。

　　　带传动传动平稳，价格低廉，缓冲吸振，通过带传动的缓冲，高速齿轮箱的寿命可以延长，避免了齿轮折断的问题。所以使用带传动的方式。

　　　带轮的另一端与增速齿轮箱通过平键连接，经过增速齿轮箱加速后，输出轴由花键轴套与转速转矩传感器相连，以便转速转矩传感器能测出实时的转速转矩，通过转速转矩传感器之后，最终通过花键轴套与切削机构相连。

传动示意图:

木材刀具切削试验台增速机构设计.gif

内容简介：: 南京林业大学本科毕业设计（论文）题目：木材刀具切削试验台增速机构设计学院：南方学院专业：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师：职称：教授二O一三年五月二十七日摘要本文是在LQ-18型锯链切削试验台的基础上，分析总结经验，并结合设计要求对增速部分进行设计。介绍试验台的研究意义以及作用。本文主要设计了一种木材刀具切削试验台增速机构可以更好的评定油锯、电链锯锯链的切削性能，即检测锯链的锋利性、进锯的轻便性、锯链运转的平稳性及锯切效率的高低。根据目前国内外现有的生产锯链品种规格多，适用于不同的油锯、电链锯，且工作时的锯链切削速度高低差异很大，切削功耗相差很大。为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，需能模拟锯链的工作状态，反映锯链实际的切削速度和切削效率，因此应具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，可保证大节距高效率的锯链性能测定。关键词：传感器试验台切削AbstractThis paper was designed a kind of experiment table can be used for simultaneous measurement of the sensor to force three, and it can evaluation fire-fighting better, electricity chain saws chain saws the cutting performance, i.e., detecting the sharp sex, chain saws into the lighter materials, saw chain operation of the stability and saw cutting efficiency. In order to further improve the measurement accuracy of the sensor is adopted in this paper, a kind of at the same time use the eight anise ring measurement sensor, and the sensor of the direction of the force measurement high sensitivity, cross sensitivity small. First the ontology to carry on the design, determine its eight ear type anise ring structure, next to other parts design to meet the mechanical design requirements, in the final analysis, research patch position to be measured direction sensitivity, nonlinearity influence, and the measured direction across the influence of sensitivity. This design of four scheme, where each earrings on in a strain gauge set bridge, the same level or take the strain on the vertical line set of bridge, take the strain gauge on the diagonal earrings set bridge, all take the strain gauge set bridge. To contact the production practice, considering the change must be loaded points, finally choosing all take all of the strain gauge earrings set bridge.Keyword： sensor；experiment table；cutting force目录1 绪论51.1 引言51.2 木材刀具切削试验台国内外研究概况51.2.1 国内研究概况51.2.2 国外研究概况61.3 本文设计工作要求72 增速机构的整体设计82.1 增速机构整体方案的设计82.2 电动机的类型选择82.3 增速机构输入和输出连接装置的选择93 增速机构的设计103.1带传动的设计113.1.1 带传动的优点113.1.2 带的选型113.1.3 试验台带轮的工作情况113.1.4 带的工作参数113.1.5 带的计算设计123.1.6 带的张紧153.2 齿轮级设计163.2.1 传动方式选择163.2.2 齿轮工作参数163.2.3 齿轮计算设计163.3 齿轮轴的设计计算233.3.1 低速轴的设计与计算233.3.2 高速轴的设计与计算253.4 轴的强度校核计算263.4.1 低速轴的校核计算263.5 齿轮增速箱的设计303.6 冷却润滑系统的设计303.6.1 冷却润滑系统的设计313.6.2 冷却润滑系统俯视图313.6.3 增速机构维护324 结论36致谢37参考文献38附录401 绪论1.1 引言目前，能较全面科学地评定锯链切削木材时切削性能锯试验台，市场上仅浙江一家企业拥有，是由我校机电院教师自主设计完成的。该锯链切削性能试验台可测定锯链锯齿上切削力的三个方向分力，即主切削力、进给力和侧向力；进给机构的进给速度；驱动链轮轴的轴功率；锯链的锯切效率。通过该传感器测定三个相互垂直的切削力可用来衡量刀具的切削性能（如锯链、圆锯片等），也可反应木材或金属材料的品质。同时结合转矩转速测试系统，可测定锯链或圆锯片的切削功率和切削效率。根据八角环式测力传感器的基本原理，及锯链或圆锯片切削木材时所承受的最大阻力值，即可设计出合适的八角环传感器结构。而所谓的八角环八耳式三向测力传感器是在以上的基础上设计出的一款更加灵敏、更加准确的一种传感器。通过对八角环八耳式三向测力传感器各个方向的力的标定,分析研究贴片位置对被测方向灵敏度、非线性度的影响, 以及对非被测方向交叉灵敏度的影响。比较各个方案的贴片位置, 选出灵敏度最好，交叉灵敏度最小，同时非线性度最好的方案。1.2 木材刀具切削试验台增速机构国内外同类研究概况1.2.1 国内研究概况我国自本世纪60年代以来，不断进行木材切削力的测定试验。特别是80年代以来的试验研究成果积累了许多有价值的数据。1964年中国东北林学院研制的T-1型试验台，用电阻应变片（环）和平衡重块测量切向力和法向力。这在当时的国内外已属于比较领先的技术。 1982年南京林学院研制的NL-1型试验台，是利用薄壁圆筒形应变传感器同时测量两向力。1988年南京林业大学研制的MQ-30型试验台，首次用交叉八角环测力传感器同时直接测三向力。1992年南京林业大学研制的LQ-119以及后来的LQ-18型切削平台10都使用了交叉八角环测力传感器这一新的技术。应用于LQ-11的三向测力仪可同时测定切向力、法向力和侧向力。侧向力可反映锯链的轻微跑偏, 测侧向力可避免跑偏对切削阻力测定值带来的严重影响。而LQ-18改善了三向测力传感，采用先进的计算机技术，具有测定精度高，重复性好等特点，使整机的多项技术指标达到了国内领先水平。2010年上海大学对八角环三向测力的贴片进行了研究11，提高贴片面应变均匀度可以降低因贴片位置误差引起的测量误差, 是提高八角环测力刀架的测量精度的有效方法。应用对称性原理, 在传统八角环测力刀架上下方增设凸起结构可以显著地改善应变分布的均匀程度。2010年南京航空航天大学和中国搅拌摩擦焊中心共同研究搅拌摩擦焊用测力八角环12。搅拌摩擦焊用八角环是一种测力元件，可看做为一个弹性系统，当受到一定的激励时会引起振动。通过对搅拌摩擦焊用测力八角环的有限元模态分析，得出了该八角环结构的前12 阶固有频率和相应振型，为该结构的进一步优化设计和理论分析提供了可靠的依据。八角环的固有频率跟弹性元件的结构有关，因此，对弹性元件进行结构优化设计能提高结构的固有频率，从而提高测力八角环的测量精度和工作稳定性。近些年，兰州工业高等专科学校研究了八角环电阻式车削测力仪在车床三向力静刚度测定中的应用13。经修复后的轴瓦在运行中情况良好, 检测振动值在允许范围内, 且只花费几百元的人工费, 给工厂节约开支。对于剖分式轴瓦磨损较小的使用此法修理比较科学、经济。若该处理方法能够得到推广, 将延长一批同类型轴承的使用寿命, 给企业带来更好的经济效益。关于增速机构的技术及机构，国内为了准确的测量切削力, 很早就开展了对测力仪的研究, 但迄今为止, 还没有完整的设计方案和定型的产品。增速传动的方式很多, 常用的是齿轮传动和带传动，如采用齿轮传动必须设计专用高速齿轮箱, 不仅费用高、加工时间长, 而且噪声大, 影响周围环境。而带传动传动平稳、噪声小、造价低, 比较适合锯链切削试验台。但在上述功率、转速、传动比条件下, 一般需采用两级带传动, 尺寸加大，造价也会上升, 故决定采用一级带传动。一般设计手册上推荐普通2带传动的使用范围是：传动比i=2 4(7)，（减速传动），带轮转速n7000r/min , 带的线速度v25m/s,最好采用高速带传动,同时考虑购买和维修的方便。1.2.2 国外研究概况虽然近几年国外也有利用双延伸式八角环制成测力仪测拖拉机挂钩处的二向力和用多个单一八角环组合测磨床工作时单向切削力和扭矩的案例，但是国外仍然以电阻应变片形式来测量切削阻力。1978年，日本研制的试验台，用桁架式以电阻应变片形式测量切向力和法向力。1985年，德国STIHL公司研制的试验台，利用测力电阻应变形式测量切向力和法向力。AKissellaach教授在高速切削技术方面的研究有一些新的进展。高速切削通过提高切削速度来减少加工时间并同时改进切削质量。高速切削提高了CNC机械的生产力，是木材加工中最有效益的加工方法之一。高速切削除了要有合适的机器设备外，最需要的是特殊刀具来辅助解决高速加工问题。传统的镂铣机主轴转速为18000dmin，而高速切削主轴转速则达30000dmin甚至更高。削进给速度同主轴转速是成比例的，因此主轴转速加倍进给速度也要加倍。九十年代中期，美国McCULLOCH公司，澳大利亚林产品实验室，芬兰农业工程研究所都使用自己的方法测量切削阻力，但是都无法同时测量法向，切向和侧向三个方向的切削阻力。关于增速机构的技术及机构方面，国外关于测力仪的研究进展快得多, 已处于实用阶段。在国际市场上已有专门的厂商提供多种型号的切削和磨削测力仪。定型的测力仪特点为 1g, 固有振动频率不低于2.5千赫。最大相互干扰小于1%,且能补偿。1.2.3国内外同类概况总结国内外对于木材切削试验台增速机构的发展正在逐步发展，改进。机构的细节设计还需要适当的改进与调试。还需要一批技术人才进行设计、研发。总的来说，国外的增速机构设计技术相对先进些。一般切削速度的调节范围为1015000rpm，增速齿轮箱高速运转时要进行冷却、润滑。现在，高性能、高寿命、高速度、重切削的圆锯机是锯机圆锯设计的基本要求，国产圆锯机已经打入国际市场，但我们的产品在技术上还没有和国际接轨。国外锯机主轴转速超过4000rmin的已经非常普遍，圆锯机工作台移动的速度最高可达80mmin，多锯片圆锯机的基本功能和质量已经和带锯机接轨。1.3 本文设计工作要求根据本次设计任务，切削速度的调节范围为1015000rpm，链锯驱动功率18.5Kw，增速齿轮箱高速运转时要进行冷却，润滑。本次内容要求有：试验台增速机构方案、结构、输入和输出连接装置设计，以及齿轮箱冷却润滑系统设计。即在设计传动部分时，从带传动出发，经高速齿轮箱。因为是高速齿轮，所以对冷却、润滑要求较高，所以需考虑润滑方式和设计相适应的冷却装置。2 增速机构的整体设计2.1 增速机构整体方案的设计为能评定锯链切削木材时的切削性能，所设计的试验台，要能够模拟链锯的工作状态，反映锯链的实际切削速度和切削效率，因此要具有较宽的切削速度调节范围和进给速度调节范围；同时应具有较大的传递扭矩，以保证大节距高效率的链锯性能测定。根据设计要求,本次需设计的是一台能够满足切削速度在1015000rpm范围内进行调节，并且链锯驱动功率达到18.5kw的增速机构。2.2 电动机的类型选择能大范围进行无极调速的电动机主要有两类，一类是直流电动机，另一类是调速电动机。由于直流电动机的缺点是要另加直流电源，价格高，体积大，且外特性比较软，不适合木材刀具切削试验台。所以本次设计的切削试验台我们选择调速电动机为YTP系列变频调速三相异步电动机，如下图2-1所示。图2-1 YTP系列变频调速三相异步电机YTP系列变频调速三相异步电动机是以变频调速装置为供电电源的变频调速三相异步电动机，与变频装置组成的系统能够实现无级调速，达到节能和控制自动化的目的。 YTP系列变频调速电动机是在公司原YSPA系列变频调速电动机基础上改进设计的更新换代产品。具有效率高、调速范围广、精度好、运行稳定、操作和维修方便等特点。适用于驱动轧钢、起重、运输、机床、印染、造纸、化工、纺织、制药等要求连续调速和频繁正反转的各种机械设备上，可与国内外各种变频装置配套使用。YTP系列变频调速三相异步电动机是一种交流、高效、节能调速电动机，与变频器配合使用，是机电一体化的调速新产品。A: YTP系列变频调速三相异步电动机优点。（1）效率高，节能效果明显。（2）调频范围广，能在5Hz100Hz甚至更宽的范围内平滑无极调速。（3）噪音低、振动小。（4）起动力矩大，低频起动对负载冲击小。（5）结构简单，运行稳定（尤其在低频时）、使用可靠，维护方便。（6）体积小、重量轻，除风罩比Y系列异步电动机稍长外，其它外形及安装尺寸皆相同。便于安装。（7）起动电流小，无须附加起动设备。（8）单独装有轴流风机，在不同转速下均有较好的冷却效果。（9）应有范围广，可作恒转矩（50Hz以下）、恒功率（50Hz以上）或递减转矩负载机械无级调速之用，基本可以取代任何一种调速产品。2.3 增速机构输入和输出连接装置的选择增速传动的方式非常多，常用的有齿轮传动和带传动。齿轮传动有高效率、工作可靠、结构紧凑、传动比稳定、寿命长等优点，但齿轮传动的制造安装的精度要求高，且价格贵，不宜用于传动距离太大的场合，所以可采用由变频电动机经皮带传动送至齿轮箱后实现增速，增速后实现转速从1015000r/min。带传动传动平稳，价格低廉，缓冲吸振，通过带传动的缓冲，高速齿轮箱的寿命可以延长，避免了齿轮折断的问题。所以使用带传动的方式。带轮的另一端与增速齿轮箱通过平键连接，经过增速齿轮箱加速后，输出轴由花键轴套与转速转矩传感器相连，以便转速转矩传感器能测出实时的转速转矩，通过转速转矩传感器之后，最终通过花键轴套与切削机构相连。传动示意图:图2-2 增速机构传动示意图3 增速机构设计3.1带传动的设计3.1.1 带传动的优点变频调速电机的输出接带轮，因为带传动具有价格低廉，传动平稳，缓冲吸振等特点，通过带传动的缓冲，可以延长高速齿轮箱的寿命，避免齿轮折断的问题。3.1.2 带的选型带传动的主要类型按传动原理分：（1）摩擦带传动，靠传动带与带论间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等。（2）啮合带传动，靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。通过对各种带传动的比较，V带的截面形状为梯形，工作面为两侧面，带轮的轮槽截面为梯形。在相同张紧力和摩擦力系数的条件下，V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大，所以V带传动能力强，结构更紧凑，在机械传动中应用最广泛。且V带已经标准化，所以第一级增速传动选择V带。查阅机械设计手册单行本带传动和链传动，对比各种类型的V带，我们可以选择普通V带或宽V带。宽V带曲挠性好，耐热性和耐侧压性能较好，主要应用于无级变速传动，但是考虑购买和维修的方便，最后还是决定选用普通V带。3.1.3 试验台带轮的工作情况锯链切削试验台不同于一般机械设备，属于间断工作，年累计工作时间非常短，所以可以根据零件短时间工作能力进行计算，而不需按照常规计算考虑带传动长期连续运转，以带的疲劳应力作为计算基础。3.1.4 带的工作参数1.带传动工作情况：载荷变动小，主要是空、轻载启动；2.所需传递的额定功率：P=18.5Kw；3.大带轮的转速：n2=2930r/min；4.初步设计传动比为。为了与减速V带传动的符号一致，本文代号角标1的代表小轮，下标2代表大轮，以下不另说明。3.1.5 带的计算设计1. 设计功率：P=18.5Kw P传递的功率KA =1.11 KA工况系数。载荷变动小，主要是空、轻载启动，故KA取1.1查阅机械设计手册单行本带传动：增速传动时KA应乘下列系数增速比1.251.741.752.492.53.493.9系数1.051.111.181.28Pd=1.05KAP=1.051.118.5Kw=21.3675Kw2. 传动比：因为n2=2930r/min 那么n1=4395r/min。3. 选定带型：增速型V带传动的带型选择，同样借助选型图，根据计算功率Pd和小轮转速来确定。可以选择A型号。其截面尺寸节宽bP=11，顶宽b=13，高度h=8.0，楔角=40，适用的槽形的基准宽度11 。4. 小带轮基准直径：参考带传动表14.1-18，取dd1=125mm大轮基准直径dd2=i dd1(1-)=1.5125（1-0.02）mm=183.75mm由表14.1-18取dd2=180mm。5 验算带速：普通Vmax=2530m/s,带速合适。6. 初定轴间距：0.7(dd1+ dd2)a02(dd1+ dd2) 即213.5mma0610mm 初定中心距a0=400mm。7. 所需基准长度：由带传动表14.1-7 取Ld=1250mm。8. 实际轴间距：a取整460mm。安装时所需最小轴间距：张紧或补偿伸长所需最大轴间距：9. 小带轮包角：s10 单根V带传递的额定功率根据dd1=125mm和由表14.1-17查得A型带P1=3.25Kw。11. 考虑传动比的影响，额定功率的增量由表14.1-17c查得。12. V带的根数：由表14.1-13查得K=0.98由表14.1-15查得KL=0.96根因为切削试验台使用频率和工作时间都较短，所以可以选择6根带。13. 单根V带的预紧力：由表14.1-14查得m=0.10Kg/m14. V带的传动效率：查手册取0.92，则15. 带轮的结构和尺寸：大带轮的结构和尺寸A. 由Y160L-2电动机可知，轴直径为d=42mm，长度L=645，故大带轮的轴孔直径应取d0=42mm，长度应小于110mm。B. 由表14.1-24查得（d0=42mm，dd2=180mm），大带轮结构为辐板轮。C. 大带轮图：图3-1 大带轮图小带轮的结构和尺寸A. 小带轮的孔直径：初步确定齿轮轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢，调质处理，根据机械设计高教版表15-3，取A0=120，于是得，为了增加齿轮轴的刚度以及结合手册，取d0=20mm。B. 由表14.1-24查得（d0=20mm，dd1=125mm），小带轮结构为辐板轮。C. 小带轮图：图3-2小带轮图16.齿轮级的功率：查手册联轴器取0.99，注：以上所有的表和图（除了特别指明的）都是参考机械设计手册单行本带传动和链传动3.1.6 带的张紧V带传动运转一段时间后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证传动正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补就措施。这里我们采用滑道式定期张紧装置，采用改变中心距的方法来调节带的拉应力，使带重新恢复张紧。图3-3 滑道式张紧装置3.2 齿轮级设计3.2.1 齿轮传动齿轮级的传动，我们可选择渐开线圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗杆传动等。圆锥齿轮传动主要用于空间交错轴，蜗杆传动缺点传动效率低，所以我们选择渐开线圆柱齿轮传动。渐开线圆柱齿轮传动的特点是传动速度和功率范围很大；传动效率高，一对齿轮可达9899.5%，且精度愈高，效率愈高；对中心距的敏感性小，装配和维修都比较简单；可以进行变位切削及各种修形、修缘，以适应提高传动质量的要求；利于进行精确加工。它的传动比单级18，最大可到10，传动功率25000105Kw，且该种传动应用很广。渐开线圆柱齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，我们选择斜齿圆柱齿轮。因为该级是高速级，选用斜齿圆柱齿轮传动工作平稳，在精度等级相同时，允许传递的圆周速度较高，在忽略摩擦力的影响下，高速级的转矩是低速级的1/i，其轴向力小。注：为了与减速传动的符号一致，本文代号标3的代表小齿轮，下标4代表大齿轮。3.2.2 齿轮工作参数输入功率P=16.84Kw，大齿轮的转速n4=4395r/min，设定传动比i=3.5，单向运转，假设寿命10年，以每年200天，每天工作4小时。3.2.3 齿轮计算设计1. 选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数：a) 选用斜齿圆柱齿轮传动。b) 由于转速较高，故初选6级精度。c) 材料选择。由机械设计手册单行本齿轮传动表16.2-59、60、64、65选择齿轮材料为:小齿轮：40Cr，调质，硬度为280 HBS大齿轮：45钢，调质，硬度为240HBS，二者材料硬度差40HBS。由图16.2-17及图16.2-26按MQ级质量要求取值，查得2. 按接触强度初步确定中心距，并初选主要参数：a) 按表16.2-33式中大齿轮传递的转矩T3：斜齿圆柱齿轮传动的效率取0.97，则T3=10.78Nm载荷系数K：考虑机构为增速传动，两支撑相对于小齿轮做对称布置，速度较高，载荷均匀平稳，取K=1.6。齿宽系数：取。齿数比u：暂取u=i=3.5。许用接触应力为：按表16.2-33按表16.2-33，取安全系数最小，按大齿轮计算将以上数据代入计算中心距的公式得：考虑加工影响，中心距取a=100mm。b) 按经验公式，。标准模数取mn=1.5。c) 初取=9，cos=cos9=0.98800。，取，取精求螺旋角所以。3. 校核齿面接触疲劳强度：按表16.2-34式中分度圆上的圆周力Ft使用系数KA：查表16.2-36，得KA=1。动载荷系数KV：查机械设计高教版图10-8，取KV=1.15齿向载荷分布系数按表16.2-40齿向载荷分配系数：按查表16.2-42, 。节点区域系数：按，x=0，查图16.2-15，查表16.2-43，按接触强度计算的重合度及螺旋角系数:首先计算当量齿数求当量齿轮的端面重合度：。按，，从图16.2-10可分别查得。所以。按，查图16.2-11，纵向重合度按，查图16.2-16，。将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得：计算安全系数SH：按表16.2-34式中，寿命系数：先计算应力循环次数：对调质钢，从图16.2-18,按查得。按查得。润滑油膜影响系数:取工作硬化系数：因小齿轮齿面未硬化处理，齿面未光整，故取。接触强度计算的尺寸系数：根据图16.2-22，。将以上数值代入安全系数的计算公式得按表16.2-46，。，故安全。4. 校核齿根疲劳弯曲强度：式中弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：。复合齿形系数：按，查图16.2-23，得,。弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数按，查图16.2-11，将以上数值代入齿根弯曲计算公式得计算安全系数SF:按表16.2-25式中，寿命系数YNT：对调质钢，由图16.2-27按，查得，按，查得。相对齿根圆角敏感系数：由图16.2-23知，。查表16.2-48，。相对齿根表面状况系数为；查表16.2-71，齿面粗糙度，得。尺寸系数：根据图16.2-28，。将以上数值代入安全系数SF的公式得、都大于,故安全。5. 主要尺寸：mn=1.5 6. 齿轮的结构：图3-4 齿轮结构7. 齿轮的选择：按，从图16.2-7，P4线的上方区域初选。在图16.2-9中从及决定的点引L射线上按，8. 齿轮的加工精度：图3-5 大齿轮加工精度机械设计手册单行本齿轮传动3.3 齿轮轴的设计计算3.3.1 低速轴的设计与计算1. 根据表19.3-1公式初步计算轴径，由于材料选的是45号钢，由表19.3-2选取A0=120，则得考虑需要用到键链接，需将其轴径增加45，取d0=20mm。2. 轴段的设计：相应的轴端的直径d0=20mm，其长度L1待定。3. 轴段的设计：考虑到与密封圈的配合，轴肩的高度为h=(0.070.1)d1=1.42mm，轴端的轴径，其最终由密封圈决定，结合该处轴的圆周速度，可选用毡圈油封，查机械设计手册单行本密封件、密封与润滑，表10.1-73，选取毡圈d=25mm，D=39mm，d1=24mm，B=7mm，沟槽D0=38mm，d0=26mm，b=6mm，则d2=25mm，轴的长度L2根据箱体尺寸来确定。4. 轴段的设计：轴段上安装轴承，考虑斜齿轮受径向力，圆周力，轴向力，轴承类型选角接触球轴承，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。现暂时取轴承型号为7006C，其内径d=30 mm，外径D=47mm，宽度B=12mm，内圈可以采用套筒定位，轴肩直径da=36mm，套筒长度a=15mm,外圈定位轴肩Da=49mm,所以轴段的直径d3=30mm。L3待定。5. 轴段的设计：因为b4=50mm，所以取轴段的长度L4=48mm。轴段用来安装齿轮，这里轴径可以取d4=34mm。因为齿宽b=50mm，取L4=48mm。6. 轴段的设计：大齿轮采用轴肩定位，通常轴肩的高度h=（0.070.1）d=（0.070.1）34=2.383.4mm，结合轴承的内圈尺寸，所以取d5=37mm，轴段长度L5待定。7. 轴段的设计：取d6=36mm，长度L6由装配草图决定。8. 轴段的设计：轴段安装轴承，取轴承型号为7006C，其内径d=30 mm，外径D=47mm，宽度B=12mm，内圈可以采用套筒定位，轴肩直径da=36mm，外圈定位轴肩Da=49mm，所以轴段的直径d7=30mm。L7待定。9. 根据装配图，各轴段的长度和直径如下图：图3-6 低速轴各轴段长度和直径3.3.2 高速轴的设计与计算1. 根据表19.3-1公式计算轴径，由于材料为45号钢，由表19.3-2选取A0=120，则得斜齿圆柱齿轮传动的效率取0.97。2. 轴段的设计：综合实际情况，取轴端的直径d1=13mm。3. 轴段的设计：考虑到与密封圈的配合，轴肩的高度为h=(0.070.1)d1=1.42mm，轴端的轴径其最终由密封圈决定，结合该处轴的圆周速度，可选用毡圈油封，查机械设计手册单行本密封件、密封与润滑，表10.1-73，选取毡圈公称轴径为d=16mm，D=29mm，d1=14mm，B=6mm，沟槽D0=28mm，d0=16mm，b=5mm，则d2=16mm。4. 轴段的设计轴段上安装轴承，考虑斜齿轮受径向力，圆周力，轴向力，轴承类型选角接触球轴承，其直径应既便于轴承安装，又应符合轴承内径系列。现暂时取轴承型号为7004C，其内径d=20 mm，外径D=42mm，宽度B=12mm，其他尺寸d2=26.9mm，D2=35.1mm内圈可以采用套筒定位，轴肩直径da=25mm，,外圈定位轴肩Da=37mm,故轴段的直径d3=20mm。5. 轴段的设计该轴段为小齿轮。6. 轴段的设计：同轴段。7. 根据装配图，各轴段的长度和直径如下图：图3-7个高速轴各轴段直径和长度3.4 轴的强度校核计算3.4.1 低速轴的校核计算1. 按转矩初步估算轴径：初选轴的材料为45号钢，经调质处理，由表19.1-1查得材料的力学性能数据为=650MPa =360MPa=270MPa=155MPa根据表19.3-1公式初步计算轴径，由于材料为45号钢，由表19.3-2选取A0=120，则得考虑需要用到键链接，需将其轴径增加为45，故取d0=20mm。2. 轴的机构设计如图3.4.a：3. 轴上的受力分析：已知：P=17.02Kw，大齿轮的转速n4=4395r/min ，传递转矩T4=36.594. 求支反力：1) 在水平平面内的支反力（图3.4.b）由得同理，则。2) 在垂直平面内的支反力（图3.4.c）由图可知3) 总弯矩：4) 弯矩图：图3-8 弯矩图5. 扭矩T：6 按弯扭合成应力校核轴的强度：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据相应公式及上图中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力为前已选定轴的材料为45钢，查表得，故安全。7. 校核轴的抗弯强度：由弯矩图可知，齿轮处轴剖面左侧弯矩最大，且作用有转矩，故此剖面为危险剖面。抗弯截面系数为：抗扭曲截面系数为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：按弯曲合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故折合系数=0.6，则当量应力为：由机械设计第八版课本表10-1查得45钢常化抗拉强度极限650MPa运用插值法查得轴的许用弯曲应力，强度满足要求。8. 校核键的连接强度：选用键 66 GB/T1096-2003 b=6mm,h=6mm,L=90mm108 GB/T1096-2003 b=10mm,h=8mm,L=40mm小带轮键链接的挤压应力为：大齿轮键链接的挤压应力为：键，轴及联轴器的材料都为钢，强度足够。8. 校核轴承的寿命：1) 轴承的轴向力查机械设计手册，7006C基本额定载荷Cr=15.1kN，Cor=172kN，e=0.38，X=0.44，Y=1.47，即。外部轴向力：此轴有左移趋势，但由轴承部件的结构图分析可知轴承将使得轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为： 2) 计算当量动载荷因为，则轴承1的当量动载荷为：因为，则轴承1的当量动载荷为：，预期寿命为：，预期寿命小于轴承1的设计所得寿命，所以设计合理。3.5 齿轮增速箱的设计高速齿轮箱的基本尺寸,如下：名称符号尺寸机座壁厚8机盖壁厚8机座凸缘厚度12机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度20地脚螺钉直径16粗牙全螺纹六角螺栓地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径12机盖与机座连接螺栓直径8联接螺栓d2的间距150轴承端盖螺钉直径8窥视孔盖螺纹直径8定位销直径8d1、d2、d3至外机壁的距离18,13,13d1、d2至凸缘边缘距离16,11,轴承旁凸台半径16外机壁至轴承座端面距离1大齿轮顶圆与内机壁的距离10齿轮端面与内机壁距离10机盖、机座肋厚7,7轴承端盖凸缘厚度12轴旁连接螺栓距离SD2箱体图如下：图3-9 增速箱3.6 冷却润滑系统的设计3.6.1 冷却润滑系统的设计当齿轮传动件的线速度较高时，常用的润滑方式有浸润润滑和压力润滑。在一般情况下，当齿轮的线速度小于12m/s时，箱体内采用浸润润滑即可满足使用要求，当齿轮线速度大于12m/s时，应考虑采用压力润滑方式，压力润滑不仅可以使箱体内各部分的传动件得以充分的润滑而且可以使被搅热的润滑油在从油箱到齿轮箱循环的过程中得到较好的冷却，从而改善齿轮箱工作条件延长寿命。12m/s的齿轮线速度并不是采用浸油润滑或者压力润滑的严格界限，还应根据传动功率的大小齿轮材料的精度及工作条件等因素进行综合考虑。当齿轮箱传递功率小而且传动件的抗胶合能力强、工作环境好时，即使齿轮箱线速度高于12m/s，也可以使用浸油润滑：反之，则采用压力润滑。我们这里传递的功率显然比较大，达到了18.5kW，所以必然要选择压力润滑。图3-10喷油润滑压力润滑的油路选择：压力润滑油路的两端件是油箱和齿轮箱，中间由进油管，回油管和油泵连接。润滑油的喷油压力为（1.53）105Pa根据这个参数可选取适当的油泵，油泵的流量应根据齿轮箱的结构要求而定。在满足齿轮箱润滑条件的前提下，应尽可能采用小的流量。因为当油泵流量较大时，因搅油过程而产生的能量损失增大，油温也因此升高；另一方面又量较大时，回油管道的管径也要因流量的要求增加，从而使结构复杂，体积庞大。油箱还有散热作用，其容量应满足油泵的流量要求和润滑油的散热，如果因空间限制而无法满足散热要求时，我们应设置冷却系统对润滑油进行冷却。关于油泵动力的问题，在高速齿轮箱的润滑油路中，油泵常用电动机作为动力源，这种方法比较简单但由于要单独为油泵设置电机而增加了成本。另一种方法是直接从齿轮箱的传动轴中抽取动力。这种方法结构紧凑，操作方便，制造成本低。但是，由于油泵要安装在传动轴的延伸端，箱体的轴承盖不得不由闷盖换为透盖，增加了泄漏环节，降低了密封效果，那样噪声会比较大。我们在这里采取的是使用电动机作为动力源。齿轮泵和驱动电机的综合选择：CB-B型齿轮油泵是将机械能转换为液压能的转换装置，由于该泵结构简单、噪音低、输油平稳、高转速、自吸性能好。能用以输送黏度为18矿物油，如液压油，机械油，燃料油等。所以广泛应用于机床，液压机械，工程机械的液压系统作为系统的动力源，也可用于稀油站，冶金，矿山，石油，化工，纺织机械等设备中作输油泵，润滑泵，燃油泵用。根据CB-B型齿轮油泵具体参数表，我们最终选择CB-B10型齿轮油泵。它的额定转速1450r/min，额定压力2.5MPa，额定流量10L/min,容积效率那么与之配备一个JW7124三相异步电动机。具体参数如下，电压380V，频率50Hz，输出功率550w，转速1400r/min，输入功率750w，额定电流值1.6A。重量7.2.Kg。关于润滑系统的回油问题，试验表明了回油的过程中会产生大量泡沫，造成回油障碍，使进油、回油得不到平衡，润滑油越积越多，为了消除泡沫可以采用两种方法：一种是选用低泡沫润滑油，另一种是在润滑系统的回油口上设置滤油网，增设滤油网后产生的泡沫在回油时被滤油网打破，因而消除了气泡堵塞回油通道的障碍，保证了润滑系统的正常循环，设计滤网时为了保证润滑系统的正常循环，滤油网网眼不可过小，另外一个要注意的问题是箱上方设一个气孔，以保持压力平衡。为了使结构紧凑，省去油箱，在润滑油路中增设一个油冷却器，油冷却器种类繁多，常用的有板式冷却器，风冷式却器，列管式冷却器。板式冷却器体积比较大，结构比较复杂，在这里不适合。风冷却器，需要在冷却油时鼓风，结构复杂，也不是太适合，所以在这里就采用列管式油冷却器。3.6.2 冷却润滑系统俯视图图3-11 冷却润滑系统3.6.3 增速机构维护增速机构安装完毕后，要详细检查各连结部件是否有松动。初次启动时确认齿轮箱内润滑油已达到规定要求，并使冷却润滑系统电机通电，开启润滑系统电机泵，让齿轮箱在一个较低的转速下运行30min。每次启动时首先要检查油位，要在静止一段时间的情况下检查油位，确保没有油沫。正式开启之前，所有管路应该充满油。如果要开启视孔盖，在开启视孔盖之前要彻底清除视孔盖上及其周围的灰尘、沙子等杂质。确保不会有异物在开启窥视孔盖的时候落入齿轮箱。卸除视孔盖螺栓，小心从箱体上卸下视孔盖。盖上孔盖时应严格按照力矩要求拧紧螺栓。在齿轮箱启动前，务必保证供油系统工作正常，保证所有与箱体连接的管路除了放油口全部打开。在启动时我们需要监测以下项目（1）润滑系统的牢固性(2)轴、齿轮是否转动正常（3）齿轮箱整体的密封性。在齿轮箱工作12天后必须再次检查密封性和油位。齿轮箱内部零件至少一年检查一次，任何隐患都应该被立即清除，齿轮箱的内部检查可以很容易的通过窥视孔实现。注意，当开启窥视孔盖时，务必确保不能有任何东西进入齿轮箱，以免造成齿轮箱的损坏。4 结论本论文设计的试验台是在LQ-18型锯链切削性能试验台的基础上，采用的无极变频调速，为增大转速范围。试验台优化了进给机构，实现了无极调速进给运动。本文的主要设计内容有带传动级的设计、变频电动机的类型选择、齿轮增速级的设计以及通过理论计算绘制出V带轮、齿轮和轴的工程图。由于内容相对较多、时间上安排不够紧凑，设计过程中有些地方难免会有缺陷。总的来说，设计本身还是有不少需要完善和改进的地方。例如我们没有考虑到木材刀具切削试验台操作过程中V带和齿轮运动过程的振动会对设计所带来的影响；增速箱采用的是闭式硬齿，需计算齿轮的弯曲疲劳强度，考虑抗胶合、点蚀等得影响因素；还有油冷却缺少详细的理论设计计算等一些不全面的设计之处，还有待改进。总的来讲，通过这次毕业设计的过程，我们确实熟练了许多机械设计专业方面的知识也熟练了自身的CAD绘图技术。致谢为期三个月的毕业设计已然接近尾声，回想这个做毕业设计的过程，离不开许林云老师在整个毕业设计过程中对我们的细心指引与教导，同时离不开与张卫良同学跟张齐元同学的合作。我们一起讨论、解决设计过程的疑难。从开始到现在做毕业设计的过程中，不管是CAD制图还是论文，许老师每次都认真的帮我看，细心指出出现的错误，并教导我改进的方法。导师严谨的治学的态度、创新的思维方法和孜孜不倦的科研精神深深地感染了我。在此，向许老师表示最诚挚的感谢，以及对您的敬意。这些都是我以后走上工作岗位，走上社会，应该学习并发扬的。同时，我也要感谢大学期间辛苦培养我们的各位老师，是你们不知辛苦的教诲，让我们得到健康的成长。同时，感谢学校为我们提供这么好的学习环境和机会！在南林如此美丽的环境，度过自己的四年大学生涯，学习，领悟人生道理，我觉得很幸福。于翠萍2013年5月参考文献1.许林云. 自制实验仪器设计及在课程教学中的应用. 中国现代教育装备，2009，84：5-72. 许林云，刘军，周克宁，林石.自制测力仪用于木材三向切削力的测定. 森林工程，2009，25（4）：49-523.许林云，林石，封晓强. 用新型试验方法测定锯链的锯切效率. 林业科学，2003，39（6）：141-1454.张志惠，许林云，续开东. LQ-18型锯链切削性能试验台进给系统设计. 林业机械与木工设备，2006，34（4）：31-32，34.5.

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